Источник: Наукові праці ДонДТУ: Серія гірничо-геологічна. Випуск 23/ Редкол.: Башков Є.О. (голова) та інш. – Донецьк, ДонДТУ, 2001. – с. 109-113.
Несмотря на производственную значительность, вопросы, связанные с оценкой влияния параметров гидросистемы на рабочие характеристики гидроударных машин (ГУ), до сих пор не нашли достаточного объяснения. Апробированные данные о зависимостях частотно-энергетических параметров ГУ от площади сечения подводящего трубопровода (fТ) являются не только отрывочными и неполными, но и противоречивыми. С одной стороны, в некоторых исследованиях наблюдается почти полное совпадение расчетных и измеренных зависимостей. С другой стороны, опытные серии натурных испытаний имеют значительные отклонения от аналитически полученных закономерностей. В исследованиях Ясова В.Г. [7] делается ссылка на эксперимент, который показал, что характеристика гидроударника Г-5А при использовании бурильной колонны диаметром 50 мм вместо 63,5 мм форсируется по всем показателям. При расходе воды 5 л/с энергия удара возрастает с 75 до 105 Дж, частота возрастает с 1000 до 1100 уд/мин, КПД — с 14 до 17% при росте перепада давления в 1,27 раза.
В Работе Неудачина Г.И. [4] отмечается, что при увеличении сечения трубопровода наблюдается снижение всех параметров ГУ. Авторы не исключают противоречия в предложенном выводе, ссылаясь на неточности расчетных характеристик из-за неучтенных параметров потерь давления на гидравлические сопротивления в гидросистеме при увеличении fТ. Бессоновым Ю.Д. и Сириком В.Ф. [1] описаны опыты, подтверждающие, что сечение подводящего трубопровода имеет большое значение для запуска и устойчивой работы ГУ, особенно при малом расходе жидкости (Q). Причем, при различных диаметрах трубопровода, при фиксированном Q более высокие энергетические показатели ГУ при некотором снижении частоты ударов имеют место при использовании труб большего сечения. Присутствие в экспериментально-теоретических публикациях взаимоисключающих данных о влиянии fТ на характеристику механизма не позволяет прийти к каким-либо определенным выводам.
Объяснение отмеченным особенностям влияния fТ на закономерности работы ГУ следует искать в подходе к описанию главной движущей силы в цилиндре гидроударника. В распространенных теориях гидроударных машин перемещение бойка обеспечивается, прежде всего, силой давления, возникающего в цилиндре ГУ при отражении от поршня гидроударной волны [7]. В случае fТ стремится к бесконечности, причем fТ >> f (f — рабочая площадь поршня) параметры гидроударной волны (скорость и давление) стремятся к нулю. Уравнения динамики поршня [5,6,7] при полной компенсации гидроударного давления, т.е. при отсутствии движущей силы в цилиндре ГУ, теряют смысл. В ДонГТУ получила детальное развитие теория, которая основывается на положении, что доминирующей составляющей в цилиндре ГУ является сила, обусловленная дополнительным давлением, определяющимся затратами энергии потока жидкости на перемещение поршня-бойка ГУ (P1) [2,3]. При этом рабочее давление в механизме (Р(t)) определяется как сумма трех составляющих (P(t)= P1 + P2 + Pгу).
Достаточным основанием для подтверждения отмеченного положения явля¬ется количественная оценка соотношения (P(t)= P1 + P2 + Pгу) путем обработки опыт¬ных данных с выделением значимости составляющих (P(t)) в достаточном диапазоне изменения Q и fТ. Объектом исследований являлись натурные образцы авторской конструкции ГУ двойного действия [2,3].
Схема лабораторной установки показана на рис.1. В процессе эксперимента стенд гидроударной системы оборудовался оперативно заменяемым нагнетательным трубопроводом 14. По длине трубопровода на входе в гидроударник и вблизи компенсатора насоса устанавливались датчики давления. Гидродвигатель ГУ оснащался датчиками скорости бойка. Рабочая характеристика гидроударника исследовалась при расходах жидкости от 120 до 240 л/мин с использованием колонн бурильных труб диаметром 42, 50, 73 и 108 мм длиной 46—49 м.
Ввиду большой важности зависимостей V1 = f(fТ) n = f(fТ)для практических задач, связанных с оптимизацией параметров ГУ, выполнены прямые измерения давления в пределах рабочего цикла ГУ (Pt), а также осуществлено сопоставление по продолжительности цикла (T) и фазы рабочего хода (t1), частоте ударов (n) и скорости бойка (V1) для различных fТ, при фиксированных Q (табл. 1).
В процессе измерения давления для каждого расхода жидкости при использовании труб рассматриваемого сечения определялось значение Р(t) в начале рабочего хода (Р(1=0;x=0)) и в конце рабочего хода (P(t=t1;х=S)).
Рассмотрение данных табл.1 и 2 позволяет сделать следующие выводы:
1) Гидроударное давление Ргу практически не определяет величину рабочего давления в цилиндре механизма при значительном увеличении fТ. Увеличению fТ соответствует условие Р(t)стремится к const и предполагает равноускоренное движение бойка в пределах рабочего хода с получением прироста скорости в конце рабочего хода при некотором увеличении продолжительности цикла Т.
2) При увеличении площади сечения трубопровода интенсивность изменения параметров ГУ незначительна. За исключением параметра n, остальные характеристики машины увеличиваются. Расчетные данные удовлетворительно согласуется с теоретическими выводами, предложенными в работах ДонГТУ [2,3].
3) Анализ приведенных зависимостей свидетельствует об имеющихся резервах повышения предударной скорости за счет обеспечения в гидросистеме условия
Р(t)=const.